身世浮沉雨打萍 艾倫·圖靈緣何成了RTX的名字

最近，采用了圖靈架構(gòu)的新一代英偉達(dá)RTX系顯卡終于登陸了筆記本平臺(tái)，在全新技術(shù)的加持下，現(xiàn)在游戲本也同樣可以通過(guò)人工智能和光追的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更為細(xì)膩的畫面、更為真實(shí)的關(guān)照、以及更好的抗鋸齒效果了。

這無(wú)論是對(duì)于畫面黨，還是對(duì)于鋸齒深惡痛絕的玩家而言，都是一大喜事。但是，RTX系顯卡的架構(gòu)，緣何要用“圖靈”這個(gè)名字，來(lái)命名呢？

圖靈與計(jì)算機(jī)

不少朋友對(duì)于“圖靈“的了解，通常都來(lái)源于科幻電影中”圖靈測(cè)試“的概念—;—;作為人工智能領(lǐng)域經(jīng)典的名詞，艾倫·圖靈提出的”圖靈測(cè)試“，常常在科幻故事當(dāng)中被用作測(cè)試人工智能與人類差異的”故事設(shè)定“（而事實(shí)上，它也的確是針對(duì)這方面的測(cè)試被提出的）。

但在學(xué)術(shù)界，用機(jī)器實(shí)現(xiàn)抽象概念的想法其實(shí)并不新鮮—;—;早在17世紀(jì)，萊布尼茲就曾設(shè)想過(guò)用機(jī)械計(jì)算來(lái)代替哲學(xué)家的思考了，只不過(guò)，最終從數(shù)理邏輯的體系中，發(fā)明出今日能夠?qū)崿F(xiàn)抽象概念的計(jì)算機(jī)體系，卻已經(jīng)是上世紀(jì)的事情了。

而歷史上的艾倫·圖靈先生，也并不僅僅只是人工智能領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，除了數(shù)學(xué)家的身份外，他還是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)初期的重要貢獻(xiàn)者之一，甚至于現(xiàn)代軟件的設(shè)計(jì)理念，也有他貢獻(xiàn)的一份力—;—;”圖靈機(jī)“就是在那個(gè)主流社會(huì)尚且認(rèn)為機(jī)器智能做簡(jiǎn)單計(jì)算的時(shí)代提出的。

二次世界大戰(zhàn)期間，圖靈曾在“政府密碼學(xué)校”（GC&CS，今政府通信總部）工作—;—;它位于布萊切利園，是英國(guó)頂級(jí)的機(jī)密情報(bào)機(jī)構(gòu)之一。

圖靈在這里從事密碼破譯工作，有一段時(shí)間，他還領(lǐng)導(dǎo)了小屋8號(hào)（Hut 8）小組，負(fù)責(zé)德國(guó)海軍密碼分析，并在期間還設(shè)計(jì)了一些加速破譯德國(guó)密碼的技術(shù)，包括改進(jìn)波蘭戰(zhàn)前研制的機(jī)器Bombe，一種可以找到恩尼格瑪密碼機(jī)設(shè)置的機(jī)電機(jī)器。

圖靈在破譯截獲的編碼信息方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，使盟軍能夠在包括大西洋戰(zhàn)役在內(nèi)的許多重要交戰(zhàn)中擊敗納粹，并因此幫助贏得了戰(zhàn)爭(zhēng)。

1945年至1947年期間，艾倫·圖靈住在倫敦的漢普頓，彼時(shí)，他正在國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）從事ACE（自動(dòng)計(jì)算引擎）的設(shè)計(jì)工作。

1946年2月19日，圖靈曾提交過(guò)一份文件—;—;這正是存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的第一個(gè)詳細(xì)設(shè)計(jì)—;—;雖然馮·諾依曼關(guān)于EDVAC報(bào)告的初稿和圖靈的論文時(shí)間相差不多，但它的細(xì)節(jié)卻要少得多。

可惜的是，雖然劃時(shí)代的ACE是一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案，不過(guò)戰(zhàn)時(shí)保密工作最終還是導(dǎo)致了項(xiàng)目的啟動(dòng)延遲，1947年底，失望的他回到劍橋休了整整一年的假期，并在此期間開(kāi)始創(chuàng)作一部關(guān)于智能機(jī)械的論著。

于此同時(shí)，Pilot ACE正在他缺席的情況下建造，并最終在1950年5月10日?qǐng)?zhí)行了它的第一個(gè)程序，這也奠定了后來(lái)計(jì)算機(jī)體系的基礎(chǔ)—;—;甚至可以說(shuō)，這，正是夢(mèng)開(kāi)始的地方 （但是Turing ACE的完整版本是直到圖靈去世后才建成的）。

1948年，圖靈被任命為了曼徹斯特維多利亞大學(xué)數(shù)學(xué)系教授，并于1949年成為了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的副主任，開(kāi)始為最早的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)之一—;—;曼徹斯特馬克1（Ferranti Mark 1）開(kāi)發(fā)軟件。

這一年，他繼續(xù)在數(shù)學(xué)，和“計(jì)算機(jī)械和智能”（Mind，1950年10月），以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系建設(shè)中做出了更多抽象的工作。

這一年，圖靈還與他的前同學(xué)D.G. Champernowne進(jìn)行了合作，開(kāi)始為”一臺(tái)尚未存在的計(jì)算機(jī)“編寫國(guó)際象棋程序，并在1950年完成了該項(xiàng)目—;—;1952年的時(shí)候，圖靈開(kāi)始試圖在Ferranti Mark 1（Ferranti Mark 1，在其銷售文獻(xiàn)中也被稱為曼徹斯特電子計(jì)算機(jī)，因而有時(shí)被稱為曼徹斯特Ferranti，是世界上第一臺(tái)商用通用電子計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)這一程序。

但很可惜，這臺(tái)最早的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)卻并沒(méi)有辦法流暢執(zhí)行該程序—;—;因而，圖靈開(kāi)始改用翻閱算法的頁(yè)面，并在棋盤上執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令的方式來(lái)“運(yùn)行”程序（想象一下，這就好比現(xiàn)代沒(méi)有交互界面的情況下，一邊閱讀代碼，一邊手動(dòng)操作的體驗(yàn)），這也使得這一“程序”每次移動(dòng)都需要大約半個(gè)小時(shí)的時(shí)間來(lái)完成。

按照加里卡斯帕羅夫的說(shuō)法，圖靈這可是玩了一場(chǎng)可識(shí)別的國(guó)際象棋游戲（當(dāng)然，結(jié)果是程序輸了）。

后來(lái)美國(guó)新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究組根據(jù)圖靈的理論，在ENIAC上設(shè)計(jì)出了世界上第一個(gè)以電腦程序形式存在的的國(guó)際象棋游戲—;—;洛斯阿拉莫斯國(guó)際象棋。

圖靈與人工智能

此外，圖靈還解決了人工智能的問(wèn)題，1950年，圖靈發(fā)表了一篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文，文中預(yù)言了創(chuàng)造出具有真正智能的機(jī)器的可能性，由于注意到“智能”這一概念難以確切定義，他還提出了一個(gè)名為圖靈測(cè)試的實(shí)驗(yàn)，試圖為稱為“智能”的機(jī)器定義標(biāo)準(zhǔn)—;—;這個(gè)想法是，如果人類審訊者不能通過(guò)談話將人與人區(qū)分開(kāi)來(lái)，可以說(shuō)，計(jì)算機(jī)是會(huì)“思考”的。

”如果一個(gè)人（代號(hào)C）使用測(cè)試對(duì)象皆理解的語(yǔ)言去詢問(wèn)兩個(gè)他不能看見(jiàn)的對(duì)象任意一串問(wèn)題（對(duì)象為：一個(gè)是正常思維的人（代號(hào)B）、一個(gè)是機(jī)器（代號(hào)A）），在經(jīng)過(guò)若干詢問(wèn)以后，如果C不能得出實(shí)質(zhì)的區(qū)別來(lái)分辨A與B的不同，則此機(jī)器A通過(guò)了圖靈測(cè)試。“

圖靈測(cè)試對(duì)人工智能的辯論具有重要的，特征性的挑釁性和持久性的貢獻(xiàn)，人工智能在半個(gè)多世紀(jì)后仍在繼續(xù)，并且，圖靈測(cè)試還是人工智能哲學(xué)方面的第一個(gè)嚴(yán)肅提案。

而且，歷史和現(xiàn)實(shí)還發(fā)生了驚人的重合點(diǎn)—;—;早在學(xué)界不斷碰壁，放棄模擬成人心靈的努力錢，圖靈就曾在論文中建議道，人工智能，不是建立一個(gè)模擬成人心靈的程序，而應(yīng)是制作一個(gè)更簡(jiǎn)單的程序來(lái)模擬孩子的思維，然后讓它接受教育課程，就如同今日的深度學(xué)習(xí)智能一般。

2014年6月8日，人類歷史上首次出現(xiàn)了電腦通過(guò)圖靈測(cè)試的情況：”尤金·古斯特曼（Eugene Goostman）“成功地在雷丁大學(xué)（University of Reading）所舉辦的測(cè)試中騙過(guò)了研究人員，令他們以為“它”是一個(gè)13歲男孩（不過(guò)后來(lái)也有文章稱，它其實(shí)并非真正地通過(guò)了測(cè)試）。

圖靈架構(gòu)與圖靈

好了，說(shuō)了這么多，我們?cè)俟栈貋?lái)看看—;—;為什么剛剛登陸了筆記本平臺(tái)的RTX系顯卡，使用的架構(gòu)要叫做“圖靈架構(gòu)”呢？

圖靈是由Nvidia開(kāi)發(fā)的GPU微體系結(jié)構(gòu)的代號(hào)—;—;作為Volta架構(gòu)的繼承者，它以著名的數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家艾倫·圖靈命名。

該架構(gòu)于2018年8月首次在SIGGRAPH 2018上推出，是第一個(gè)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)光線追蹤的GPU，它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)圖形工業(yè)的長(zhǎng)期目標(biāo)之一—;—;包括專用的人工智能處理核心（Tensor cores）和專用的光線跟蹤處理核心（RT cores）在內(nèi)，是業(yè)界的一大進(jìn)步。

光線追蹤|Ray-tracing

圖靈架構(gòu)實(shí)現(xiàn)光線追蹤的功能，是通過(guò)RT核心來(lái)完成的，它執(zhí)行的光線跟蹤可用于產(chǎn)生反射，折射和陰影，取代傳統(tǒng)的光柵技術(shù)—;—;如立方體貼圖和深度貼圖（uv法線貼圖），帶來(lái)更為寫實(shí)的光影效果。

雖然全面替換光柵技術(shù)尚且只是理論層面的構(gòu)想，但圖靈架構(gòu)已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)從光線追蹤中收集更加貼近現(xiàn)實(shí)的光影參數(shù)，來(lái)增強(qiáng)陰影和復(fù)雜的光影效果了。

這不僅減輕了游戲開(kāi)發(fā)人員的制作成本（包括操作層面和渲染時(shí)間問(wèn)題），也同時(shí)為玩家們帶來(lái)了更為細(xì)膩可信的畫面效果—;—;按照 Nvidia的說(shuō)法，RTX系的顯卡，在實(shí)行光線追蹤技術(shù)的時(shí)候，所能提供的性能比之前的Pascal架構(gòu)增加了約8倍。

而具體到實(shí)際運(yùn)作的圖形API，目前業(yè)界則主要有這幾種可選方案，包括英偉達(dá)的NVIDIA OptiX、微軟Microsoft的DXR，和VulkanAPI。

人工智能處理核心|Tensor core

光線追蹤的功能，主要是計(jì)算機(jī)架構(gòu)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，以及軟件層面的技術(shù)應(yīng)用，雖然同圖靈先生早期的工作有一定交際—;—;但這還不足以讓Nvidia的工程師們把新架構(gòu)命名為“圖靈架構(gòu)”—;—;真正促成這一命名的，還是人工智能的因素—;—;人工智能正在推動(dòng)歷史上最偉大的技術(shù)進(jìn)步，而圖靈架構(gòu)則將其帶入到了計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域—;—;憑借提供人工智能計(jì)算能力的Tensor Cores，圖靈GPU可以實(shí)時(shí)運(yùn)行強(qiáng)大的AI算法，提升計(jì)算機(jī)渲染游戲場(chǎng)景時(shí)抗鋸齒，以及圖像銳度的呈現(xiàn)效果，創(chuàng)造出前所未有的，清晰而又逼真的圖像和特效。

于我個(gè)人而言，游戲的圖像和建模復(fù)雜度在游玩游戲時(shí)其實(shí)并不是最重要的—;—;最重要的是抗鋸齒問(wèn)題，它深刻地影響著游玩過(guò)程中視覺(jué)疲勞的問(wèn)題，如果沒(méi)有好的抗鋸齒技術(shù)的話，滿屏的狗牙在長(zhǎng)時(shí)間游玩后，是足以勸退我對(duì)于一款游戲的熱愛(ài)的—;—;這對(duì)于用眼健康的危害太大了。

Tensor核心就是被用作進(jìn)一步加速游戲場(chǎng)景最終圖像的生成—;—;Tensor核心用于填充部分渲染圖像中的空白，這種技術(shù)被稱為去噪。經(jīng)過(guò)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的深度學(xué)習(xí)，Tensor內(nèi)核學(xué)會(huì)了如何提高圖像的分辨率—;—;它會(huì)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)并分析首要解決的圖像問(wèn)題，通過(guò)示例和技術(shù)人員引導(dǎo)，得出想要的結(jié)果，并最終通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序更新的方式提供給消費(fèi)者。

這一切，都是繼Max-Q命名之后，英偉達(dá)工作人員的另一波情懷行為—;—;為了紀(jì)念前文這位偉大而又天資聰慧的人物。

后記

可惜，這位天才一般的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)、人工智能研究者，并沒(méi)有得到他應(yīng)得的善終結(jié)局—;—;在他四十歲那年（也就是1952年），遭受入室行竊的他，被英國(guó)警方經(jīng)調(diào)查后控以“明顯的猥褻和性顛倒行為”罪，并進(jìn)行了化學(xué)閹割—;—;1954年，一顆被咬過(guò)一口、浸過(guò)氰化物溶液的蘋果，孤零零地掉落在了地上，與此同時(shí)發(fā)生的，是一位數(shù)學(xué)及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系的偉大貢獻(xiàn)者的隕落。

2012年，曾有21,000多人簽名請(qǐng)?jiān)福笥?guó)政府追授圖靈死后赦免狀，但被當(dāng)局拒絕了—;—;直到2013年12月24日，英國(guó)司法大臣才宣布，英國(guó)女王伊麗莎白二世赦免了1952年因同性戀行為被定罪的艾倫·圖靈。

今日，我們都活在受益于圖靈的研究而得來(lái)的信息時(shí)代里，而圖靈架構(gòu)這一命名，也正是對(duì)前人最好的致敬。